Многочастотный оптимизационный метод измерения частотных зависимостей электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий

Освещены вопросы экспериментального определения электродинамических параметров существующих и новых синтезируемых материалов и покрытий, применяемых в диапазоне сверхвысоких частот. Рассмотрены проблемы измерений радиоволновыми методами электрофизических и геометрических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий, расположенных на металлической подложке. Предложен оригинальный радиоволновый метод совместных измерений частотных зависимостей комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей, а также толщины плоскослоистых образцов диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металлической подложке. Определение электрофизических и геометрических параметров покрытия сведено к минимизации целевой функции, построенной по невязке между экспериментальными и вычисленными теоретическими значениями коэффициентов ослабления поля поверхностной электромагнитной волны сверхвысокочастотного диапазона на сетке дискретных частот. Представлена имитационная модель измерений, реализованная на основе системы электродинамического моделирования CST Microwave studio (Simulia, USA) и системы Matlab. Приведены результаты имитационного моделирования по определению частотных зависимостей электрофизических параметров и толщины образца радиопоглощающего покрытия на металлической подложке. Получены погрешности оценок комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей в полосе частот 9–13,5 ГГц, составляющие не более 10 % с доверительной вероятностью 0,95 при среднем квадратическом отклонении уровня шума 0,006. Предложенный методможет быть востребован в различных наукоёмких сферах – микроэлектронной, аэрокосмической, машиностроительной и др.

1. Dankov P. I., J. Phys., Conf. Ser., 2020, vol. 1598, 012002. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1598/1/012002

2. Лагарьков А. Н., Погосян М. А. Фундаментальные и прикладные проблемы стелс-технологий // Вестник РАН. 2003. Т. 73. № 9. С. 779–787.

3. Сухаревский О. И., Василец В. А., Кукобко С. В., Нечитайло С. В., Сазонов А. З. Рассеяние электромагнитных волн воздушными и наземными радиолокационными объектами. Xарьков: ХУПС, 2009. 468 с.

4. Беляев В. В., Кирьянов О. Е., Понькин В. А. Радиолокационные, антенные и радиофизические измерения. Воронеж: Научная книга, 2013. 319 с.

5. Басков К. М., Политико А. А., Семененко В. Н., Чистяев В. А., Акимов Д. И., Краснолобов И. И. Радиоволновой контроль параметров образцов многослойных стенок радиопрозрачных укрытий. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.11.12

6. Семененко В. Н., Чистяев В. А., Политико А. А., Басков К. М. Стенд для измерений в свободном пространстве радиофизических параметров материалов в сверхширокой полосе сверхвысоких частот // Измерительная техника. 2019. № 2. С. 55–59. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-2-55-59

7. Li Zh., Haigh A., Soutis C., Gibson A., Sloan R., Journal of Nondestructive Evaluation, 2019, vol. 37, 39. https://doi.org/10.1007/s10921-018-0493-1

8. Антропов О. С., Дробахин О. О. Повышение разрешающей способности метода фурье-преобразования коэффициента отражения путём экстраполяции спектра на основе принципа минимума длительности // Дефектоскопия. 2009. № 5. С. 72–80.

9. Казьмин А. И., Федюнин П. А. Оценка точности реконструкции электрофизических и геометрических параметров многослойных диэлектрических покрытий многочастотным радиоволновым методом поверхностных медленных электромагнитных волн // Измерительная техника. 2020. № 8. С. 51–58. https:/doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-8-51-58

10. Казьмин А. И., Федюнин П. А. Контроль электрофизических параметров метаматериалов методом поверхностных электромагнитных волн // Дефектоскопия. 2021. № 4. С. 51–67. https://doi.org/10.31857/S0130308220090055

11. Ваганов Р. Б., Коршунов И. П., Коршунова Е. Н., Олейников А. Д. Экспериментальное исследование структуры поля поверхностной электромагнитной волны в анизотропно проводящей ленте // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58. № 2. С. 136–142.

12. Valerio G., Jackson D. R., Galli A., Proceedings of the Royal Society, 2010, vol. 466, pp. 2447–2469. https://doi.org/10.1098/rspa.2009.0664

13. Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн / Под ред. М. Л. Левина: Пер. с англ. М.: Мир, 1978. Т. 1. 546 с.

14. Frezza F., Tedeschi N., Journal of the Optical Society of America A, 2015, vol. 32, no. 8, pp. 1485–1501. https://doi.org/10.1364/JOSAA.32.001485

15. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. M.: Наука, 1973. 343 с.

16. Ufi mtsev P. Ya., Ling R. T., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2001, vol. 49, no. 10, pp. 1445–1452. https://doi.org/10.1109/8.954933